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Biogeochemical behaviour of Chromium in rhizosphere systems
from microreactor to paddy soil experiment
Anna Sabrina Kistler
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Environmental Science
Betreuer*in
Stephan M. Kraemer
DOI
10.25365/thesis.75379
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11585.05148.669724-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Chrom (Cr) ist ein giftiges Schwermetall, das aufgrund seiner weit verbreiteten Verwendung und Förderung eine ernsthafte Bedrohung für die Umwelt darstellt. Hohe Cr-Werte im Boden stellen eine Gefahr für Pflanzen, Tiere und Menschen dar und ziehen deswegen weltweit Aufmerksamkeit auf sich. Komplexe Mechanismen und verschiedene Faktoren kontrollieren die Speziation, Mobilität und Bioverfügbarkeit von Cr im Boden. Liganden haben erhebliche Auswirkungen auf die Oxidationsstufe und den Transport von Cr, sowie auf dessen Löslichkeit. Siderophore und organische Säuren haben sich als förderlich für die Auflösung von Chrom aus Hydroxidmineralen erwiesen. Chromverschmutzung ist besonders im Sukinda-Tal in Indien verbreitet, da es das größte Chromerz Reservoir des Landes besitzt. Chromkontamination in Reisfeldern ist in der Region somit unvermeidlich. Es ist jedoch wenig bekannt über das komplexe Zusammenspiel zwischen der Reisrhizosphäre, Chrom und Liganden. In dieser Studie wurden verschiedene Experimente durchgeführt, um neue Einblicke in den kontaminierten Reisboden zu gewinnen. Es wurde eine Bodenanalyse durchgeführt, gefolgt von einem Batch-Experiment, und schließlich wurde ein Topfexperiment durchgeführt. Darüber hinaus wurde ein Versuch unternommen, ein neues „Soil-on-a-chip“ Modell zu entwerfen. In Bezug auf die Bodenanalyse wurde eine klare Cr-Kontamination mit Werten von bis zu 209 mg/kg festgestellt. Die Batch-Ergebnisse zeigen, dass der Siderophor Desferrioxamin B und organische Säuren (Zitronen- und Oxalsäure) die Auflösung von Cr nicht nur aus Chromhydroxid, sondern auch aus Cr-kontaminiertem Boden fördern können. Bei dem Reiswachstumsexperiment wurden erhöhte Cr-Werte in Lösung nach Zugabe von Oxalsäure zum Boden festgestellt. Bei den Ergebnissen des Topfexperiments konnten wir jedoch nicht identifizieren, was die Auflösung antreibt, da es mehrere Faktoren (pH, Eh, Fe und Mn) gab, die die Cr-Auflösung induzieren können. Trotzdem können diese Ergebnisse für weitere Experimente nützlich sein, bei denen die Korrelation jedes Einflussfaktors auf die Cr-Auflösung bestimmt werden sollte.
Abstract
(Englisch)
Chromium (Cr), in its hexavalent form, is known to be a toxic heavy metal that poses threats to the environment, especially when considering the widespread use and mining of Cr. High levels of Cr in soils pose severe hazards to plants, animals, and humans, attracting global attention. Complex mechanisms and multiple factors can control the speciation, mobility, and bioavailability of Cr in soil systems. Organic ligands significantly impact the fate and transport of Cr and its solubility; It has been demonstrated that siderophores and organic acids facilitate the dissolution of Cr from hydroxide minerals. Chromium pollution is especially prevalent in the Sukinda Valley in India, where the largest chromite ore reservoir in the country is located. Whilst increased environmental risks are inevitable in this region, not much is known about the intricate interplay between the rice rhizosphere, chromium, and ligands. This study conducted a suite of experiments to provide new insights into the Cr behaviour in contaminated paddy soil. Soil analyses were conducted, followed by a batch soil leaching experiment alongside a rice growth mesocosm experiment. Additionally, an attempt to design a new soil-on-a-chip model was carried out. Soil analyses suggested a very high Cr concentration (~209 mg/kg) in the bulk soil. Batch dissolution results show that siderophore (desferrioxamine B) and organic acids (citric and oxalic acid) can promote Cr dissolution not only from chromium(III) hydroxides but also from soil materials. During the time course of the rice growing experiments, elevated levels of aqueous Cr were detected after the addition of oxalic acids to the system. However, it is difficult to assess what primarily drives the observed results as additional factors (pH, Eh, Fe and Mn) could induce Cr dissolution. It would be valuable for further experiments that determine the relative importance of these factors. Nevertheless, results from this study can provide useful information as to the Cr biogeochemical cycling in a complex system.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Chrom Boden Liganden Reis Verschmutzung
Schlagwörter
(Englisch)
Chromium soil ligands rice rhizosphere pollution
Autor*innen
Anna Sabrina Kistler
Haupttitel (Englisch)
Biogeochemical behaviour of Chromium in rhizosphere systems
Hauptuntertitel (Englisch)
from microreactor to paddy soil experiment
Paralleltitel (Deutsch)
Biogeochemisches Verhalten von Chrom in Rhizosphärensystemen
Paralleluntertitel (Deutsch)
vom Mikroreaktor bis zum Reisbodenexperiment
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
x, 62 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Stephan M. Kraemer
Klassifikationen
38 Geowissenschaften > 38.63 Bodeneigenschaften ,
43 Umweltforschung > 43.12 Umweltchemie
AC Nummer
AC17103086
Utheses ID
70225
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |